Что такое Map на самом деле: вскрываем hidden class

Объект почти пуст; знание держит Map

Вы видели обзор в browser/03-v8-internals/03-hidden-classes: объекты, разделяющие hidden class, разделяют быстрый путь inline cache. Здесь мы вскрываем эту коробку. Главный структурный факт V8 такой: объект JavaScript почти не несёт собственных метаданных. Тело обычного объекта в памяти — это маленький непрерывный блок:

[ map pointer ][ properties pointer ][ elements pointer ][ in-object slot 0 ][ slot 1 ] ...

Первое слово — это указатель на Map (имя hidden class в V8; Shape в SpiderMonkey, Structure в JavaScriptCore). Всё, что сообщает V8, что это за объект — какие имена свойств есть, где каждое лежит, какой тип хранит, — находится не в объекте. Оно в Map. Объект хранит лишь значения, упакованные в анонимные слоты по фиксированным байтовым смещениям. Имена и смещения живут на одну индирекцию дальше, в общем Map.

В этом весь фокус. Поскольку знание о раскладке вынесено в Map, чтение свойства p.x может скомпилироваться так: загрузить указатель на map, сравнить его с тем map, который ожидает inline cache, и при совпадении прочитать слот по жёстко зашитому смещению. Никакого сравнения имён, никакого поиска по хешу — имя x было разрешено в смещение один раз, на уровне Map, и переиспользуется для каждого объекта, разделяющего этот Map.

Внутри DescriptorArray

Прежде чем читать DescriptorArray, спросите себя: что именно нужно знать о свойстве, чтобы скомпилировать доступ к нему в одну инструкцию? Ответ — здесь.

Сердце Map — это DescriptorArray (массив дескрипторов, по одному на каждое именованное свойство), таблица, превращающая имя свойства во всё, что V8 нужно для чтения или записи. Одна запись на каждое именованное (со строковым ключом) собственное свойство, в порядке объявления. Каждый дескриптор хранит:

• Ключ — (обычно интернированное) имя свойства, например "x". Интернированные имена сравниваются по указателю, так что поиск дескриптора — это скан указателей, а не сравнение строк.
• Field index — какой слот держит значение и является ли он in-object (встроенным в тело объекта) или out-of-object (в отдельном PropertyArray). Это мы полностью раскрываем в уроке 03.
• Representation — какого рода значение поле статически известно держать: Smi (малое целое, без бокса), Double (распакованный 64-битный float в слоте «mutable HeapNumber»), HeapObject (указатель на любой объект кучи) или Tagged (что угодно — самое общее). Более узкие representations позволяют TurboFan пропустить бокс и проверки типа.
• Constness — const, если полю за всё время присваивалось ровно одно значение по всем экземплярам этого Map (тогда компилятор может заинлайнить значение), или mutable, как только появляется второе значение.
• Attributes — биты writable / enumerable / configurable свойства, плюс является ли это обычным data-полем, const-слотом данных, свёрнутым в дескриптор, или парой accessor (getter/setter).

Вместе эти пять полей означают: разделив Map один раз, V8 знает всё необходимое для чтения или записи любого свойства без обращения к самому объекту. Уберите representation — компилятор не сможет пропустить бокс; уберите field index — он не найдёт слот вообще.

// Логическое содержимое DescriptorArray для объекта { x: 1, y: 2.5 }:
// index 0:  key="x"  field#=0  rep=Smi      const=true  attrs=W,E,C  storage=in-object
// index 1:  key="y"  field#=1  rep=Double   const=true  attrs=W,E,C  storage=in-object

Важно: два разных Map могут разделять один DescriptorArray — родительский Map и дочерний, добавивший лишь одно свойство в конце, могут указывать на тот же backing-массив дескрипторов, причём дочерний объявляет, что владеет на один дескриптор больше родителя. Поэтому строить дерево родственных форм дёшево: большая часть данных дескрипторов переиспользуется, а не копируется.

Back-pointer и transitions: Map знает соседей

Map — это узел дерева, и он хранит рёбра:

• Back-pointer указывает на Map, из которого этот был выведен — раскладку до добавления последнего свойства. V8 идёт по back-pointer’ам, чтобы найти общего предка при согласовании форм и (как увидим в уроке 02) при миграции устаревших раскладок.
• Указатель transitions ведёт вперёд, в TransitionArray с ключом {имя свойства, attributes}, к дочерним Map, достигаемым добавлением следующего свойства. Добавление "y" к Map-для-{x} следует (или создаёт) ребро перехода "y" к Map-для-{x,y}.

Так что Map одновременно и описание текущей раскладки, и маршрутизатор к соседним. Эта двойная роль делает переходы форм амортизированно O(1) и делает весь граф форм разделяемым в пределах изолята.

Всё это видно напрямую. В d8 --allow-natives-syntax команда %DebugPrint(obj) печатает адрес Map объекта, его DescriptorArray с representation и field index каждого свойства, elements kind и прототип. Два объекта, которые «разделяют hidden class», печатают один и тот же адрес Map; два разошедшихся печатают разные.